化学机械法抛光二氧化硅薄膜用抛光膏 【发明领域】
本发明涉及一种化学机械法抛光用抛光膏，它可以用于抛光二氧化硅薄膜，特别涉及一种含季铵盐胶体二氧化硅型抛光膏。发明背景
现今，化学机械法(CMP)抛光是一种制造集成电路(ICs)的优选方法，该方法能在晶片上取得整体平面化。晶片是一种集成电路建造于其上的抛光过的单晶硅圆片。首先，把抛光膏施加在弹性体的抛光垫上或直接施加在要进行抛光的晶片表面上。然后把抛光垫紧压在要进行抛光的晶片表面上，并且在此过程中，相对于晶片平面移动抛光垫，使得抛光膏内的胶体颗粒紧压在晶片表面上。抛光垫对晶片的相对运动使抛光膏散开，从而使得晶片表面上的胶体颗粒分散，导致化学和机械法除去基体表面。
可以把抛光膏分为两类。一类包括以热解的二氧化硅悬浮体作为磨料，另一类包含胶体二氧化硅作为磨料。从热解的二氧化硅以及从胶体二氧化硅，也被称作二氧化硅溶胶的制备抛光膏的方法不一样。通过在水介质里分散热解的二氧化硅得到热解的二氧化硅悬浮体。对于包含胶体二氧化硅的抛光膏，可使用溶胶凝胶技术，由胶体二氧化硅的水溶液，例如，硅酸钠水溶液直接制备。在制备过程中，胶体二氧化硅一刻也不处在干态，而该干态可能会导致结块或凝聚，就象制备热解性二氧化硅时那样。相对于来源于胶体二氧化硅类的抛光膏，热解的二氧化硅悬浮体具有更宽的颗粒尺寸分布。该宽分布导致来源于热解的二氧化硅的抛光膏在储存及/或抛光过程中，凝聚或形成沉淀，该现象额外地导致非均匀地颗粒尺寸分布。因此，当使用含热解的二氧化硅的抛光膏时，在抛光过的半导体表面上，会产生诸如表面光洁度不好和微刮痕等缺陷。如果集成电路(IC)的组件线宽降至0.25μm或0.18μm或更小时，这个现象的严重性加剧了。因此，属于胶体二氧化硅类的抛光膏变得更为广泛流传。
许多抛光膏已被开发出来。美国专利5,891,205公开了一种用于化学机械法抛光膏的组合物，它包括碱性水性分散体，该分散体包括二氧化铈颗粒以及二氧化硅颗粒。美国专利5,264,010公开了一种抛光膏组合物，它包括二氧化铈、热解的二氧化硅和沉淀二氧化硅等化合物。美国专利5,139,571公开了一种用于半导体晶片的抛光膏，它包括多种纤细磨料颗粒和季铵盐化合物。美国专利5,230,833公开了一种制备低金属含量的二氧化硅溶胶的方法。
然而，开发具有高的抛光速率、用于化学机械法抛光、二氧化硅溶胶型的抛光膏的需求仍然存在。发明描述
因此，本发明的目标为提供一种具有高的抛光速率、用于化学机械法抛光的抛光膏，并且使用本抛光膏抛光过的基体表面具有很好的表面光洁度。
为了能达到上述目标，本发明的用于化学机械法抛光的抛光膏包含下列成分：
5～50重量％的胶体二氧化硅磨料，以及0.1～10重量％通式为R4N+X-的季铵盐，其中，R可以相同或不同，并且选自于由烷基、链烯基、烷芳基、芳烷基以及酯基等基团组成的基团组，X为羟基或卤素。
用于本发明化学机械法抛光的抛光膏特别适用于抛光二氧化硅薄膜。在本案里，二氧化硅可以为所谓的热氧化物，PE-TEOS或HDP等。
二氧化硅薄膜可以包含如B、P及/或F等掺杂元素。
进而，本发明的抛光膏适于抛光由以二氧化硅为主要成分的玻璃制成的成形物体。
本发明的抛光膏中，优选胶体二氧化硅磨料用量为10～30重量％，优选季铵盐用量为0.3～5重量％。胶体二氧化硅具有10nm～1μm，优选20nm～100nm的平均颗粒尺寸。
平均颗粒尺寸由超离心机测定。
对于用于本发明的季铵盐，优选R为一类C1-20烷基、C1-20链烯基、C7-20烷芳基、C7-20芳烷基或一类酯基。季铵盐可以同时包含不同的R基团。在本发明的一个优选的实施方案中，X为卤素。季铵盐的特别合适的例子有辛基二甲基苄基氯化铵和鲸蜡基三甲基溴化铵。
22℃下，本发明抛光膏的pH值可为9～12，优选11～12。
本发明的抛光膏也可以包含碱金属的氢氧化物，例如，氢氧化钾。
下列的实例被用于试图更完整地解释本方法，以及本发明的优点，而不是限制其范围，因为对本领域的技术人员而言，许多变型及变种显而易见。实施例
依据下列说明，制备实例和比较实例的抛光膏。通过使用Westech-372抛光机，抛光膏被用来抛光硅晶片上的二氧化硅薄膜，该薄膜是由低压CVD(化学气相沉积法)法来制备的。表1给出所有结果。通过抛光前与抛光后的薄膜厚度差除以抛光用时，计算出抛光速率，薄膜厚度由Nanospec测得。使用1σ方法测量表面光洁度，从晶片表面上9个不同的位置测量抛光速率。实施例1
使用去离子水把牌号为Levasil50CK/30％，从拜尔股份公司，Leverkusen购得的胶体二氧化硅溶胶浓度调节至含30重量％的二氧化硅。胶体二氧化硅的平均颗粒尺寸为60～90nm，比表面为180m2/g。将0.8重量％的辛基二甲基苄基氯化铵加入至稀释的二氧化硅溶胶中，并且彻底地混合该混合物，得到所希望的抛光膏，其pH＝11.2。所有结果列于表1。实施例2
使用与实例1同样的方法，只不过二氧化硅溶胶被稀释成含15重量％二氧化硅的抛光膏。抛光膏的pH为11.0。所有结果列于表1。比较例1
使用与实例1同样的方法，只不过没有加辛基二甲基苄基氯化铵。抛光膏的pH为11.2.所有结果列于表1。比较例2
使用与实例1同样的方法，只不过没有加辛基二甲基苄基氯化铵，并且二氧化硅溶胶被稀释成含15重量％二氧化硅的抛光膏。抛光膏的pH为11.0。所有结果列于表1。比较例3
用于这个实例的抛光膏为SS 25，它从CabotMicroelectronics，Aurora，I11.，USA购买的，其含25重量％的热解的二氧化硅。抛光膏的pH为11.2。比较例4
使用去离子水把比较实例3所用的SS 25悬浮液稀释，得到所想要的抛光膏，该抛光膏包含12.5重量％的热解的二氧化硅，并且其pH为11.0。
表1 实例二氧化硅的来源二氧化硅浓度(重量％) 季铵盐 浓度(重量％)抛光速率(A/min) 光洁度 (％)实例1胶体二氧化硅30％0.8％3100 4.1实例2胶体二氧化硅15％0.8％2246 2.3比较例1胶体二氧化硅30％02702 3.9比较例2胶体二氧化硅15％01946 1.8比较例3热解的二氧化硅25％01900 4.1比较例4热解的二氧化硅12.5％01366 6
从以上的实例可以看出，使用胶体二氧化硅型的抛光膏的抛光速率可以通过加入季铵盐来提高。
本发明上述优选的实施方案被用于解释和描述。考虑到上面的教导，明显的变例和变种是可能的。已经选择和描述了这些具体实施方案，以给本发明的原理和其实际应用提供最好的演示，进而以这种方式使本领域的技术人员使用本发明不同的实施方案，以及适于具体用途的变种。所有的变例和变种归于本发明的范围。